厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法研究.pdf

第3 3 卷第4 期爆破 V o l 3 3N o 4 2 0 1 6 年1 2 月B L A S T I N G D e c ．2 0 1 6 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 6 ．0 4 ．0 1 8 厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法研究 邢光武，张j 2 龙 广东中人集团建设有限公司，广州5 1 0 5 1 5 摘要砖烟囱拆除爆破环境比较复杂，必须保证砖烟囱准确定向倾倒。为此利用全站仪在砖烟囱外壁对 定向窗及爆破切口进行测量放样，采用预留保护层、控制爆破和机械施工相结合方法，利用空孔在爆破中的 导向及光面作用，高效精确地开凿定向窗。经过4 0 多座烟囱爆破拆除实际应用，与传统方法比较，降低了劳 动强度。施工时间可节省一半以上，砖烟囱倾倒方向偏差可控制在1 度以内，对类似工程有较好的参考价值。 关键词厚壁砖烟囱；拆除；定向爆破；定向窗 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 6 0 4 0 0 9 8 0 4 B l a s t i n gC o n s t r u c t i o nM e t h o df o rD i r e c t i o n a lC u t o fT h i c kW a l lB r i c kC h i m n e y X I N GG u a n g W U ，Z H A N GB e i l o n g G u a n g d o n gZ h o n g r e nG r o u pC o n s t r u c t i o nC oL t d ，G u a n g z h o u5 1 0 5 1 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h es u r r o u n d i n go fb r i c kc h i m n e yb ed e m o l i s h e di sc o m p l e x ，t h ec o l l a p s eo ft h eb r i c kc h i m n e yd i r e c t i o nm u s tb eg u a r a n t e e da c c u r a t e l y ，t h e r e f o r e ，t h et o t a ls t a t i o nw a su s e dt os t a k i n go u ti ns u r v e yo fd i r e c t i o n a lc u ta n d b l a s t i n gc u to nt h eo u t e rw a l lo fb r i c kc h i m n e y ．T h o s em e t h o do fr e s e r v ep r o t e c t i o nl a y e r ，t h ec o m b i n a t i o no fc o n - t r o l l e db l a s t i n ga n dm e c h a n i c a lc o n s t r u c t i o nm e t h o d ，u s i n ge m p t yh o l e so r i e n t a t i o na n ds m o o t hs u r f a c eb l a s t i n g e f f e c t ，w e r eu s e dt oa c c u r a t e l yc u td i r e c t i o n a lw i n d o w ．A f t e rm o r et h a n4 0c h i m n e y sb l a s t i n gd e m o l i t i o no fp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n ，c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm e t h o d ，t h i sm e t h o dr e d u c e st h el a b o ri n t e n s i t y ，a n ds a v em o r et h a nh a l f ， m e a n w h i l e ，t h ed i r e c t i o nd e v i a t i o no fb r i c kc h i m n e yd u m p i n gc a nb ec o n t r o l l e dw i t h i n1d e g r e e ，w h i c hh a sg o o dr e f e r - e n c ev a l u et os i m i l a rp r o j e c t s ． K e yw o r d s t h i c kw a l lb r i c kc h i m n e y ；d e m o l i t i o n ；d i r e c t i o n a lb l a s t i n g ；d i r e c t i o n a lc u t 1研究背景 砖烟囱的拆除方法中，爆破拆除是一种快速安 全的施工方法【l 2J 。由于很多情况下，砖烟囱拆除 爆破环境比较复杂，在砖烟囱爆破拆除过程中，需要 保证砖烟囱倾倒方向的准确定向，否则后果不堪设 想。定向窗是保证砖烟囱准确定向倒塌的技术关键 之一，因此，定向窗的高效精确开凿方法无疑是砖烟 收稿日期2 0 1 6 0 9 1 9 作者简介邢光武 1 9 6 5 一 ，男，高级工程师、学士，主要从事爆破工 程及安全技术方面的实践及研究工作， E m a i l 4 5 7 9 4 1 5 5 3 q q ．c o m 。 囱爆破拆除中的一项最为重要的技术∞J 。 在砖烟囱的拆除爆破施工中，传统开凿定向窗 的方法中多采用凿岩机、破碎锤、风镐或人工开凿等 方法H j l ，存在以下缺陷 1 采用凿岩机、破碎锤、风镐或人工开凿等方 法，劳动强度大，工效低，经常发生两个定向窗不对 称、超挖或欠挖等情况。 2 旧砖烟囱的结构强度相对较低，采用破碎 锤或其他大型设备进行定向窗开凿时，震动大，对烟 囱的稳定性存在一定的影响。 3 对于壁厚较大的砖烟囱，即厚度在0 ．8m ， 万方数据 第3 3 卷第4 期 邢光武，张北龙厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法研究 9 9 甚至厚度1 ．3m 以上时，采用凿岩机、破碎锤、风镐 或人工开凿等方法，是很难实现定向窗的高效和精 确开凿的。 4 定向窗尖角的位置及角度是砖烟囱拆除爆 破倾倒方向控制的关键点，定向窗侧向偏移或定向 窗角度的误差，在砖烟囱爆破倾倒过程中，对烟囱顶 部偏移影响很大。比如，不考虑风力大小、风向等环 境因素及其它技术因素的影响，对于5 0 ～8 0m 高的 砖烟囱，一个定向窗水平偏移lo ，将导致砖烟囱顶 部偏移约0 ．8 7 ～1 ．4 0m 以上，烟囱倾倒落地影响范 围就会扩大2 1 ．8 2 5 5 ．8 6m 2 以上。烟囱定向窗的 高度误差，对烟囱倾倒落地影响范围的影响更大。 5 定向窗保留部分的平滑及完整性直接影响 烟囱倾倒时切口闭合的对称情况从而影响烟囱倾倒 的方向。 6 爆破切口形成的瞬间，定向窗部位将承担 烟囱上部构件的压力和剪力，故左右两侧的承压能 力必须相同，否则由于支撑能力的差异也将导致烟 囱倾倒方向发生很大偏移，甚至导致倾倒方向的 失控。 2 定向窗高效精确开凿方法 2 ．1 高效精确开凿方法的特点 采用全站仪测量放线、控制爆破、预留保护层和 轻型机械施工、全站仪测量验收的技术方法。 工艺流程定向窗设计一倒塌中心线的放样_ 切口及定向窗的放样一定向窗爆破的布孔叶钻孔一 试爆叶炮孔验收_ 装药_ 堵塞叶联接网路叶网路检 查_ 防护一安全警戒- 起爆一爆后检查一解除警戒 叶风镐打凿- 清渣一砂轮机修整叶全站仪测量 验收。 2 ．2高效精确开凿方法的的技术要点 2 ．2 ．1 测量放样 1 根据需要爆破拆除的砖烟囱爆破设计方案 中对定向窗及爆破切口的要求对定向窗位置进行测 量放样，所有坐标均采用大地坐标系。 2 将定向窗的规格尺寸和位置精密放样在砖 烟囱外筒壁上，放样标注采用全站仪进行，通过全站 仪自定向窗顶角开始逐点标注，包括标注定向窗的 三个顶点和边界线，标注三角形爆破区域A ’B7 C7 的 三个顶点和边线。三角形定向窗A B C 、三角形爆破 区域A ’8 ’C ’及爆破作业保护层厚度6 如图1 所示。 3 全站仪放样标记时，点为不大于1 ．5m m 粗 彩色线的十字交点并于4c m 外做标示，线用不大于 4m m 粗彩色线标注。 图1定向窗放样及爆破保护层示意图 F i g ．1 T h el o f t i n ga n dp r o t e c t i v el a y e ro fb l a s t i n g d i r e c t i o n a lc u t 2 ．2 ．2 爆破设计 1 在烟囱外壁的三角形爆破区域A ’曰’c ’内进 行布孔，用风钻机进行钻孔，钻头规格不大于 咖4 0m m ，孔深为烟囱壁厚的0 ．6 0 0 ．7 0 倍，钻孔 方向为径向水平方向；中间孔的孑L 距取孔径的8 1 2 倍，排距取孔距的0 ．8 1 ．0 倍；周边孔的孔距取 中间孔的1 ／2 ～2 ／3 。 2 在A C 及A B 外框边线上连续布置空孔，孔 距为孔径的2 ～3 倍，孔深穿透烟囱壁，即孔深等于 烟囱壁厚，钻孔方向为径向水平方向。参见图2 ，图 中的虚线范围，表示定向窗的顶角区域，是保证砖烟 囱倾倒方向的定向控制的关键部位，是本关键技术 的重中之重，必须保证施工精度，保证顶角的角度准 确以及顶角两边不受损。 图2 钻孔 包括空孔和炮孔 布置示意图 F i g ．2 L a y o u td i a g r a mo fb l a s t h o l e sa n dt h e e m p t yd r i l l i n gh o l e s 3 在设计的爆破切口中间进行试爆，根据砖 烟囱结构强度和试爆效果确定爆破单耗。 4 根据试爆结果的爆破单耗计算三角形爆破 区域A ’曰’c ’中部的炮孔单孔装药量，边孔的单孔装 药量取中部炮孔单孔装药量的0 ．5 0 ．6 倍。 5 根据试爆结果的爆破单耗计算三角形爆破 区域A ’B ’c ’中部的炮孔单孔装药量。其计算步骤 万方数据 1 0 0爆破 2 0 1 6 年1 2 月 如F ①通过对砖烟囱定向爆破拆除设计方案中的爆 破切口中部进行试爆，确定砖烟囱壁的爆破单耗q k g ／m 3 。 ②计算定向窗的爆破区域A ’B ’c7 中部的单个 炮孑L 的装药量Q 单孔 k g ／孔 ，Q 单孔 q V ，V 为单个炮 孔设计爆破的烟囱壁的测量方量。 ③定向窗的爆破区域A7 B ’c ’的周边孔采用隔 孔装入雷管和炸药，其装药孔的单孔药量取“步骤 ②”所计算的单孔装药量的1 ／2 ～3 ／5 。边孑L 的单孔 药量取中部炮孔单孔装药量的0 ．5 ～0 ．6 倍。 2 ．2 ．3 安全校核 1 根据定向窗爆破总装药量计算爆破作业产 生的振动、冲击波等危害对周围建、构筑物及设施的 影响。 2 假如一次总装药量齐爆产生的爆破危害对 周围建、构筑物或设施有影响时，采用毫秒微差爆 破，控制单段起爆炸药量，保证周边建、构筑物及设 施的安全。 2 ．2 ．4 起爆网路 1 假如一次总装药量齐爆产生的爆破危害对 周围建、构筑物或设施有影响时，采用毫秒微差爆 破，否则采用瞬发 或同段毫秒 雷管装药起爆。 2 选用电雷管时，每个炮孔装入1 发电雷管， 雷管脚线采用大串联方式，用脉冲起爆器引爆。 3 选用导爆管雷管时，每个炮孔装入1 发导 爆管雷管，采用族联方式，用激发枪引爆。 2 ．2 ．5 爆破及机械施工 1 对三角形爆破区域A7 曰’C ’的周边孔进行隔 孔装入炸药和雷管，对A 7 B7 C7 的中部的炮孑L 装入炸 药和雷管，对装药孔的孔口用黄泥堵塞密实。 2 对三角形爆破区域用竹笆遮盖，并用三圈 粗铁线固定在烟囱壁上。竹笆遮盖防护范围比爆破 区域每边扩大5 0c m 以上。 3 安全警戒。根据爆破环境及爆破施工安全 防护措施，依照爆破安全规程确定警戒范围’6 j 。一 般情况下，安全警戒半径2 0 0m 。 4 爆破后经检查确认安全后，用风镐等轻型 机械对爆松的红砖进行清理。 5 用风镐对三角形A B C 进行修整，用全站仪 进行校核，有欠挖的，则风镐修整，用轻型切割机等 工具进行磨平，直至符合设计要求。 3 本技术方法的原理 3 ．1 空孔的应力集中作用 厚壁砖烟囱定向窗高效精确开凿方法，应用了 光弹实验和工程实践效果解析最新成果，在三角形 爆破区域A ’B ’C ’的边A ’曰7 和A ’c7 上，在相邻两炮孔 之间中心联线的中部设置空孔时，当空孔左右两炮 孑L 起爆后，爆破冲击压力作用下在两爆孔中间空孑L 处形成应力集中，进而产生裂隙，裂隙沿着空孔与爆 孔中心联线方向扩展并贯通，贯通的同时爆破冲击 波能量大量释放，同时又抑制了其它方向裂纹的扩 展。因此在装药孑L 附近加设合理间距的空孔，可取 得良好的效果。对于空孔与装药孑L 之间的中心间 距，从实践效果的分析总结中获知，宜按装药孔的直 径为参数来确定，一般取装药孔直径的4 5 倍。终 上所述，在三角形爆破区域A ’B ’C ’的边A7 B ’和A ’C 7 上的适当位置布设符合要求的空孔，起到“导向”和 “光面”等有效的作用。 3 ．2空孔对定向窗保护层的疏解作用 厚壁砖烟囱定向窗高效精确开凿方法，在直角 三角形定向窗的A C 及A B 外框边线上连续布置空 孑L ，孔深钻透壁体，此举促使A7 C ’及A7 B ’的装药炮 孔起爆时，爆破作用下的裂缝也会分别延伸至A C 及A B 位置上的空孔，由此对该区壁体可起到一定 的疏解作用，将使人工及机械处理A ’c ’与A C 及A ’ 日’与A B 之间的部分壁体时将比较方便，减小劳动 强度，提高工效。 3 ．3 空孔增加定向窗爆破自由面 厚壁砖烟囱定向窗高效精确开凿方法，在砖烟 囱厚度较大、砖结构强度较高时，将必须在三角形爆 破区域A7 曰7 C ’的中间布置足够多的空孔，用来为三 角形爆破区域4 ’口7 C ’增加爆破自由面，有效提高三 角形A7 B ’C ’区域的爆破效果。 4 应用效果 本技术近几年在粤西的4 0 多座砖烟囱的爆破 拆除工程中进行了应用，砖烟囱定向窗的开凿施工 时间比传统方法节省了一半以上，最终定向窗结构 面及定向角精度比传统施工方法大约提高了一个数 量级以上，结果砖烟囱拆除爆破倾倒方向的偏差基 本控制在1 。以内，取得了良好的爆破效果。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]史家埔，程贵海，郑长青．建筑物爆破拆除理论与实践 [ M ] ．北京中国建筑工业出版社，2 0 1 0 ． [ 2 ]崔雪姣，朱锴嘉，康强．拆除爆破工程项目管理现状 及改进方法探析[ J ] ．爆破，2 0 1 5 ，3 2 2 1 5 2 ．1 5 5 [ 2 ] C U IX u e - j i a o ，Z H UK a i - j i a ，K A N GQ i a n g ．D i s c u s s i o na n d a n a l y s i so fc u r r e n ts i t u a t i o na n di m p r o v e m e n tm e t h o d so f 万方数据 第3 3 卷第4 期 邢光武，张北龙厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法研究 1 0 1 上接第5 4 页 当隧道埋深较浅时，洞壁振动速度受埋深的影 响较大，且隧道上半部分的振速缩放效应大于下半 部分，振动速度放大系数随埋深增加而减小；当隧道 埋深较深时，隧道各位置质点振动速度放大效应随 埋深的增加呈现递增规律，直至深埋时达到最大。 2 爆破地震波传播经过隧道会引起地表振动 速度放大；隧道埋深较浅时，地表振动速度峰值随着 隧道埋深的增加，峰值向背爆侧偏移；当隧道达到一 定埋深时，爆破地震波穿过隧道引起地表振动速度 变化较小，且振动速度放大系数近似一个固定值。 3 不同频率爆破地震波穿过隧道时，隧道洞 壁和地表均会产生缩放效应。随着入射波频率增 加，迎爆侧洞壁振动速度呈增大趋势，但增大速率减 小，背爆侧洞壁振动速度呈减小趋势。不同频率爆 破地震波穿过隧道时，地表振动速度峰值大致不变， 且出现的位置向爆源方向偏移。 参考文献 R e f e r e n c e s 刘敦文，宋广晨，褚夫蛟，等．隧道爆破开挖对邻近隧 道安全影响的数值分析[ J ] ．安全与环境学报，2 0 1 4 ， 1 4 2 6 4 6 8 ． L I UD u n w e n ，S O N GG u a n g c h e n ，C H UF u - j i a o ，e ta 1 ． N u m e r i c a la n a l y s i so ft h ee f f e c t so ft h et u n n e lb l a s t i n go n t h en e a r b yt u n n e l i n ga r e a s [ J ] ．J o u r n a lo fS a f e t ya n dE n v i r o n m e n t ，2 0 1 4 ，1 4 2 6 4 6 8 ． i nC h i n e s e 陈连进．小净距隧道爆破振动对邻近隧道影响测试研 究[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 2 3 6 4 0 ． C H E NL i a n - j i n ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo nb l a s t i n gv i b r a t i o n i n f l u e n c eo nn e a r b yt u n n e l sw i t hs m a l li n t e r v a lJ1 ．B l a s t i n g ，2 0 1 0 ，2 7 2 3 6 4 0 ． i nC h i n e s e 石波，郭军．隧道施工对邻近建筑物和轨道交通隧 道的影响分析[ J ] ．公路交通技术，2 0 1 5 2 1 1 1 - 1 1 6 ． [ 3 ] S H IB o ，G U OJ u n ．A n a l y s i sf o ri n f l u e n c e so ft u n n e lc o n ． s t r u c t i o no na d j a c e n tb u i l d i n g sa n dr a i lt r a n s i tt u n n e l s [ J ] ．T e c h n o l o g yo fH i g h w a ya n dT r a n s p o r t ，2 0 1 5 2 1 1 1 1 1 6 ． i nC h i n e s e [ 4 ]吕振利，孙金山，左昌群．爆破地震波作用下深埋圆形 隧道围岩质点振动规律研究[ J ] ．现代隧道技术， 2 0 1 4 ，5 1 1 3 8 4 4 ． [ 4 ] L VZ h e n l i ，S U NJ i n s h a h ，Z U OC h a n g q u n ．O nt h ep a r t i c l ev i b r a t i o nr u l eo fr o c ks u r r o u n d i n gad e e p l yb u d e dc i r - c u l a rt u n n e lu n d e rab l a s t i n gs e i s m i cw a v e [ J ] ．M o d e r n T u n n e l l i n gT e c h n o l o g y ，2 0 1 4 ，5 1 1 3 8 4 4 ． i nC h i n e s e [ 5 ]易长平，卢文波，张建华．爆破振动作用下地下洞室临 界振速的研究[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 4 4 - 7 ． [ 5 ] Y IC h a n g p i n g ，L UW e n b o ，Z H A N GJ i a n h u a ．S t u d yo n c r i t i c a lf a i l u r ev i b r a t i o nv e l o c i t yo fu n d e r g r o u n dc h a m b e r s u n d e ra c t i o no f b l a s t i n gv i b r a t i o n [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 5 ， 2 2 4 4 - 7 ． i nC h i n e s e [ 6 ]贾楠，吴超，罗周全，等．动力扰动下采空区围岩非线 性响应演化特性分析[ J ] ．爆破，2 0 1 6 ，3 3 3 1 0 1 6 ． [ 6 ] J I AN a n ，w uC h a o ，L U OZ h o u q u a n ，e ta 1 ．N o n l i n e a rr e - s p o n s ee v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fg o a fs u r r o u n d i n gr o c k s u n d e rd y n a m i cd i s t u r b a n c e [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 6 ，3 3 3 1 0 - 1 6 ． i nC h i n e s e [ 7 ]郑爽英，杨立中．下穿隧道爆破地震作用下埋地输气管 道的动力响应规律研究[ J ] ．爆破，2 0 1 5 ，3 2 4 6 9 - 7 6 ． [ 7 ] Z H E N GS h u a n g - y i n g ，Y A N GL i z h o n g ．D y n a m i cr e s p o n s e l a wo fb u r i e dg a sp i p e l i n ec a u s e db yb l a s t i n gs e i s m i c w a v e so fu n d e r e r o s s i n gt u n n e l i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 5 ， 3 2 4 6 9 - 7 6 ． i nC h i n e s e [ 8 ] 鲍亦兴，毛昭宙．弹性波的衍射与动应力集中[ M ] ．武 汉科学出版社，1 9 9 3 ． 1 J 1 j 1 J 1 J 1 J 1 l 2 2 3 口 阻 心 口 口 万方数据